ion exchange
TRANSCRIPT
![Page 1: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/1.jpg)
LAPORAN PRAKTIKUM PTK IV
DESTILASI
Revika Nurbayani Syabaan 2009430070
Teknik Kimia
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Jakarta
![Page 2: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/2.jpg)
2012
ION EXCHANGE
MAKSUD DAN TUJUAN
1. Praktikan diharapkan dapat memahami prinsip kerja alat ion exchange pada proses
pelunakan air dan demineralisasi air.
2. Praktikan dapat mengetahui aplikasi alat ion exchange pada dunia industri.
TEORI PERCOBAAN
Ion exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ion-ion dalam suatu
larutan ditukar dengan suatu penukar ion (berupa resin), padatan, gel. Tipe-tipe penukar
ionadalah resin penukar ion, zeolit, montmorillonite, tanah liat dan humus. Penukar ion
adalah salah satu penukar kation untuk anion bermuatan positif dan penukar anion
untuk ion bernuatan negatif. Ada juga ipenukar ion yang disebut mix ber yang
mempunyai anion dan kation dan dapat menggantikan resin. Pertukaran ion adalah
suatu proses reversibel dimana penukar ionnya dapat diregenerasi melalui suatu
pencucian dengan suatu kelebihan ion yang dapat ditukar.
Kegunaan Ion exchange:
1. Pada industri pemurnian air untuk menghasilkan air lunak. Hal ini terpenuhi dengan
pertukaran ion antara Ca2+, dan Mg2+ terhadap Na+ dan H+.
2. Pada industri biokimia untuk memisahkan molekul seperti protein. Proses ini
diterapkan juga pada pelunak air.
3. Pada industri makanan, hydronetallurgi, finishing metal, bahan kimia dan
petrokimia, farmasi, gyla, pemanis buatan, air tanah, air minum, air industri, nuklir
dan lain-lain.
4. Untuk membuat air demin dan air lunak sebagai air umpan dan make up water pada
boiler.
Proses pertukaran ion
Proses Softening (pelunakan)
Proses pelunakan termasuk dalam proses pertukaran ion untuk menghilangkan ion-
ion terlarut yang tidak dapat dihilangkan melalui proses klarifikasi dan flokulasi.
Ion Exchange, PTK 4 - 1
![Page 3: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/3.jpg)
Dalam proses ini air di lewatkan ke suatu kolom yang berisi resin penukar ion. Pada
waktu kontak dengan resin tersebut beberapa ion dalam air akan ditukar dengan ion lain
yang terikat dalam resin.
Pada proses ini ion yang ditukar adalah ion positif (kation) khususnya yang
mempengaruhi kesadahan air yaitu ion Ca dan Mg yang akan ditukar dengan ion
Natrium (Na+).
Tujuan pelunakan air adalah untuk menurunkan atau menghilangkan kesadahan air.
Dengan kandungan air sadah yang rendah dapat meminimalisasikan terbentuknya kerak
jika digunakan sebagai air umpan boiler dan air pendingin.
Tahapan deionizer:
Tahap kation exchange
Pada tahap ini kandungan garam mineral dikurangi. Kation dan garam-garam
mineral adalah Ca, Mg, Na, K. Mineral tersebut memiliki afinitas yang lebih tinggi dari H 2
sehingga pada proses kation exchange, kation-kation tersebut dapat menggeser ion
dalam persenyawaan resin. Reaksi yang terjadi adalah:
2 R-SO3 + Ca SO4 (R-So3)2Ca
Tahap Anion Exchange
Merupakan tahao lanjutan dari kation exchange. Prinsip kerjanya sama dengan
kation exchange hanya saja resin yang digunakan berbeda yaitu:
Weakly basic anion exchange, hanya dapat menghilangkan klor dan nitrat.
Reaksinya :
RNH3 + HCl RNH3Cl + H2O
Strong basic anion exchange, dapat menhilangkan anion-anion kuat, asam silika,
sulfat dan karbonat.
Reaksi yang terjadi:
R4NaOH + HsiO3 R4NHSiO3 + H2O
Air yang dihasilkan dari proses diatas ditampung dalam tangki air murni (pure water
tank).
Ion Exchange, PTK 4 - 2
![Page 4: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/4.jpg)
Reaksi yang terjadi selama proses pelunakan air adalah:
R- Na + Ca++ R-Ca + Na+
Mg++ R-Mg
Dimana
R-Ca akan terikat pada resin,
kation Na+ akan terbawa oleh air.
Setelah gugus Na+ pada resin terpakai habis (tertukar seluruhnya) maka resin harus
diaktifkan kembali dengan cara regenerasi dengan menggunakan larutan NaCl.
Reaksi yang terjadi selama regenerasi resin:
Na + R-Ca Ca++ + R- Na+
R-Mg Mg++
Dimana:
R-Na merupakan resin yang siap dipakai kembali
Kation Ca++ dan kation Mg++ akan dibuang
Air yang dihasilkan dari proses pelunakan disebut soft water yang umumnya dipakai
sebagai air make-up dan air umpan boiler yang beroperasi pada tekanan rendah.
Secara umum proses yang terjadi pada proses penukaran ion adalah:
1. Proses pertukaran ion
2. Back wash
Pencucian untuk menghilangkan pedatan yang terperangkap di pori-pori antar
resin, aliran mengalir dari bawah ke atas.
3. Regenerasi (pengaktifan kembali)
Proses regenerasi menggunakan regenerant seperti NaCl atau HCl sesuai kebutuhan
dimana aliran mengalir dari atas ke bawah.
4. Rinse (pengambilan regenerant)
Proses ini bertujuan untuk menghilangkan regenerant yang masih tersisa pada
kolom.
Ion Exchange, PTK 4 - 3
![Page 5: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/5.jpg)
Proses Deionisasi
Jika pada proses pelunakan yang ditukar adalah ion-ion hardness yaitu Ca dan Mg
maka pada proses deionisasi (denineralisasi) semua kation termasuk ion natrium ditukar
dengan ion hidrogen (H+) dan semua anion ditukar dengan hidroksil (OH-). Yang dapat
ditukar anionnya yaitu terdiri dari; bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO3
2-), silikat (SiO32-),
sulfat (SO42-) dan klorida (Cl-).
Dalam pelaksanaannya proses deionisasi dilaksanakan 2 tahap yaitu:
1. Pertukaran kation
R-H + Ca++ R-Ca
Mg++ R-Mg + H+
Na+ R-Na
Dimana
R-Ca, R-Mg dan R-Na akan terikat pada resin
Ion H+ akan terbawa air
2. Pertukaran Anion
R-OH + HCO3- R – HCO3 + H2O
Terikat di resin terbawa air
Sama seperti pada proses pelunakan setelah kapasitas penukar ion terpakai habis
maka perlu dilakukan regenerasi dengan regenerant yang sesuai. Larutan asam klorida
atau asam sulfat biasa digunakan untuk penukar kation dan penukar anion.
Reaksi yang terjadi selama proses regenerasi:
1. Pertukaran Kation
R-Ca Ca++
R-Mg + H+ R-H (dipakai lagi) + Mg++
R-Na Na+
2. Pertukaran Anion
R-HCO3 +OH- R-OH + HCO3-
Ion Exchange, PTK 4 - 4
![Page 6: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/6.jpg)
Air yang dihasilkan dari proses ini disebut demin water dan banyak digunakan
sebagai air make-up atau air umpan boiler tekanan tinggiataupun tekanan rendah dan
sedang.
Resin ion excahnge dari resin:
Na+ + RH H+ + Rna
Dimana R merupakan resin yang berasal dari grup tipe asam. Resin mempunyai
kapasitas pertukaran ion yang terbatas. Jumlah total tetap dari resin asam per gramnya
sama dengan jumlah konsentrasi dari R-H dan R-Na dengan konstan.
Seperti terulis pada persamaan
RH + RNa = qm
Hal yang sama juga terdapat pad fase larutan di luar resin yaitu total konsentrasi
molar dari H2 dan sodium adalah konstan.
Seperti terlihat pada persamaan
H+ + Na+ = Co
Persamaan pada kesetimbangan adalah:
H+ RNa / Na+ RH = (Co-C)q* / c (qm- q+)
Dimana G dan q* mewakili konsentrasi kesetimbangan dari natrium.
Resin Penukar Ion
Resin penukar ion adalah suatu matriks yang tidak dapat larut , yang memiliki
diameter ± 1-2 mm. Resin tersebut pada umumnya berwarna putih atau kekuning-
kuningan terbuat dari suatu substrat polimer organik. Ada beberapa jenis resin penukar
ion yang berbeda.
Resin ini digunakan secara ekstensif untuk pelunakan air selama proses pemurnian
air. Pada perkembangan selanjutnya sebagai bahan alternaatif yang lebih fleksibel
pengganti resin menggunakan zeolit alami atau turuan.
Kebanyakan resin penukar ion terbuat dari polisytrene yang memiliki ikatan cross
linker pada umumnya dicapai dengan menambahkan suatu proporsi kecil divinyl
benzene ke dalam styrene. N0n-crosslinker polimer juga digunakan hanya saja jarang
dipakai karena kecenderungan polimer tersebut untuk mengubah dimensi pada ikatan
ion. Bagaimanapun banyak sedikitnya ikatan crosslinked tergantung kapasitas resin dan
untuk memperpanjang waktunya dapat dicapai kesetimbangan ion dalam larutan dan
dalam resin.
Ion Exchange, PTK 4 - 5
![Page 7: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/7.jpg)
ALAT DAN BAHAN
Alat1. Alat ion exhange2. Beaker glass3. Buret4. Pipet5. Erlenmeyer6. Timbangan digital
Bahan1. CaCl2 0,05 N 2. NaCl 10%3. Asam oksalat 0,05 N4. NaOH 0,05 N
PROSEDUR PERCOBAAN
Pembilasan Resin Kation1. Sistem dibilas dengan menggunakan aquadest untuk membersihkan residu atau
kotoran pada saat terakhir digunakan.
2. Aquadest sebanyak 5 liter dimasukkan ke dalam reservoir untuk diukur
konduktivitasnya. Valve dipastikan dalam keadaan tertutup rapat.
3. Resin kation dibilas dengan aliran menurun dengan membuka katup V2 dan V10.
4. Letakkan selektor tube kedalam reservoir air deionisasi den mulai dinyalakan
pompa dengan lajua alir 70%.
5. Katup by-pass dibuka penuh dengan tujuan memindahkan residu dari operasi
sebelumnya.
6. Setelah itu diatur agar alirannya lebih kecil.
7. Diatur katup kontrol sehingga laju alir antara 35-40 cm3/ menit.
8. Diamati dan diukur kondektivitasny.
9. Kemudian air yang sudah terdeionisasi dibilas dengan membuka katup v4 dan
v8.
10. Katup ditutup setelah semua residu telah hilang.
Pengukuran Analat
1. Disiapkan larutan CaCl2 0,05 M dan diukur kondektivitasnya.
2. Kemudian pompa dinyalakan dengan 70% aliran.
3. Katup bay-pass dibuka penuh, setalah kotoran hilang diatur sampai aliran
mengecil dan berhenti.
Ion Exchange, PTK 4 - 6
![Page 8: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/8.jpg)
4. Katup kontrol diatur sehingga laju alir 35-40 cm3/menit.
5. Setelah itu ukur konduktivitasnya dan amat perubahan nilai konduktivitasnya
setiap 5 detik.
6. Pengukuran dihentikan jika nilai konduktivitasnya naik.
7. Pompa dimatikan dan ditentukan total waktu yang diperlukan untuk mencapai
titik break through dari grafik konduktivitas terhadap waktu.
8. Dihitung jumlah sample yang melewati kolom sebelum titk breqak-through.
Regenerasi Kation
1. Regenerasi dilakukan denan NaCl 10% dengan arah aliran menurun.
2. Laju alir regeneran diatur pada 60 cm3/menit dengan waktu kontak 40 menit.
3. Kemudian resin dibilas dengan air deionisasi dengan laju alir 35-40 cm3/menit
sampai nilai konduktivitasnya mendekati nilai konduktivitas dari air drionisasi.
4. Tangki regenerant dibilas dengan air deionisasi.
DATA PERCOBAAN
Pembuatan Larutan :
CaCl2 0,05 M, dalam 4000 ml
w = 0,0 5 M 111 4 000 = 22.2 gram 1000
NaOH 0,05 M, dalam 100 ml
w = 0,05 N 40 100 = 0,20 gram 1000
Konsentrasi Asam Oksalat
Gram Asam Oksalat = 0.29 gram,
N = 0 .29 gram 1000 = 0.046 N 63 100
NaCl 1% dalam 4 liter air
NaCl 40 gram dilarutkan dalam 4 liter air.
Standarisasi NaOH dengan Asam Oksalat :
VNaOH . NNaOH = VOksalat . NOksalat
Ion Exchange, PTK 4 - 7
![Page 9: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/9.jpg)
NNaOH = 10 ml 0.0460N = 0.0410 N 11 ml
Konsentrasi CaCl2 Sebelum Percobaan
V CaCl2 = 100 ml
V NaOH = 0.9
N NaOH = 0.0410
V CaCl2 . N CaCl2 =VNaOH . NNaOH
NCaCl2 = 0.9 ml 0.0410 = 3.69 10-4 N 100 ml
Konsentrasi CaCl2 Sebelum Percobaan
V CaCl2 = 100 ml
V NaOH = 0.3
N NaOH = 0.0410
V CaCl2 . N CaCl2 =VNaOH . NNaOH
NCaCl2 = 0.3 ml 0.0410 = 1.23 10-4 N 100 ml
Menghitung KPK
Tabel Konduktivitas Sample Terhadap Waktu
Waktu (detik)Konduktivitas
(µs) Waktu (detik)Konduktivitas
(µs)0 489 330 448
30 488 360 46060 4488 390 467
90 446 420 468120 447 450 469150 447 480 471180 447 510 468210 447 540 468240 447 570 468270 447 600 468300 447
Ion Exchange, PTK 4 - 8
![Page 10: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/10.jpg)
PEMBAHASAN
Sebelum dilakukan proses ion exchange dilakukan terlebih dahulu proses
pembilasan resin kation dengan menggunakan air deionisasi. Pada proses kation
exchange ion Ca2= diikat oleh resin dan air melepaskan ion H+ nya. Pada proses
regenerasi resin kation dilakukan ion Cl- dan NaCl mengikat ion Ca2+.
KESIMPULAN
Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui aplikasi dari proses demineralisasi air
yaitu proses penghilangan kandungan ion-ion baik itu positif maupun ion negatif pada
air.
Berdasarkan percobaan, KPK resin yang digunakan adalah 1.353 %.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimus, 2003. Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Jakarta.
Warren L. Mc Cabe,Julian C. Smith, dan Peter Harriot. E. Jasjfi, 1993. Operasi Teknik
Kimia; jilid 2 ,edisi keempat. Erlangga, Jakarta.
TUGAS
Ion Exchange, PTK 4 - 9
![Page 11: Ion Exchange](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022082315/5572113e497959fc0b8ea470/html5/thumbnails/11.jpg)
1. Analisa kesalahan min 3
Alat turbidimeter belum dikalibrasi
Resin yang belum di regenerasi
Salah dalam pembacaan volume titrasi
2. Buat grafik
3. Aplikasi di industri
Dalam industri, Ion exchange digunakan dalam pembuatan air demin, selain dengan
sistem Ro, juga untuk melunakkan air yang akan digunakan sebagai umpan boiler,
karena kandungan ion Ca dan Mg dalam air dapat menyebabkan scale pada boiler
dan mengakibatkan heat transfer boiler tidak maksimal.
Ion Exchange, PTK 4 - 10